DE2228188A1

DE2228188A1 - Verfahren zum Aufschweißen einer Verkleidung auf ein Grundmaterial

Info

Publication number: DE2228188A1
Application number: DE19722228188
Authority: DE
Inventors: Jan Pieter Fokke Rotterdam Mulder (Niederlande)
Original assignee: De Rotterdamsche Droogdok Maatschappij BV
Current assignee: De Rotterdamsche Droogdok Maatschappij BV
Priority date: 1971-06-10
Filing date: 1972-06-09
Publication date: 1972-12-21
Also published as: US3925634A; IT959805B; NL7107977A; USB260455I5; FR2141348A5

Description

DIPL.-ING. KLAUS BEHN

DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER 2228 188

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 22 Wl DENMAYERSTRASSE β

TEL. (0811) 22 25 30-295192 ■ 9· JUIll 1972

A 159 72 Mü/kb

Firma DE ROTTERDAMSCHE DROOGDOK MAATSCHAPPIJ N.V., Heijplaatstraat 4, Rotterdam, Niederlande

Verfahren zum Aufschweißen einer Verkleidung auf ein Grundmaterial

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufschweißen einer Verkleidung auf ein Grundmaterial, beispielsweise zum Aufschweißen der Innenplattierung eines Druckkessels durch Hauchbogen-Aufschweißen rostfreier Stahlstreifen. Dabei wird beispielsweise eine schraubenförmige Auskleidungsstruktur auf der Innenwand des Druckkessels gebildet, wobei die einzelnen Windungen mit ihren Kanten aneinander anstoßen und miteinander derart verschweißt werden, daß sie sich gegenseitig teilweise überlappen.

Figur 1 zeigt einen Teilbereich einer derartigen be- , kannten Auskleidung und des Grundmaterials, und zwar im Querschnitt senkrecht zur Oberfläche und senkrecht zur Schweiß-

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Merck. Ftnck fi. Co., München. Nr. 29 464 I Bankhaus H. Aufhäuser. München. Nr. 261 3OO Postscheck: München 20904 Telegrammadresse: Patentsenior

richtung. Mit 1 und 2 sind zwei Deckstreifen aus rostfreiem Stahl bezeichnet, die bei 3 aneinander anstoßen und sich teilweise überlappen. Diese Streifen sind einer nach dem anderen auf die Oberfläche des Grundmaterials 4 aufgeschweißt worden.

Es hat sich nun gezeigt, daß in vielen Fällen mikroskopisch kleine, zwischenkristalline Risse im Grundmaterial auftreten, und zwar in dem schraffierten Bereich 7* der unter den Deckstreifen 1 und 2 liegt, die sich teilweise überlappen. Diese zwischenkristallinen Risse können dadurch sichtbar gemacht werden, daß man die aufplattierten Streifen sowie einen Teil der Oberfläche des Grundmaterials entfernt und dann die freigelegte und parallel zur ursprünglichen Oberfläche verlaufende Oberfläche abschleift, worauf dann diese Oberfläche einem üblichen Risstest mit magnetischen Partikeln unterworfen wird. Es zeigt sich dabei, daß die zwischenkristallinen Risse hauptsächlich in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung der Deckstreifen auftreten und damit senkrecht zur Schweißrichtung, und außerdem nur in dem schraffierten Bereich 7* der in Figur 1 links unterhalb der Überlappung 3 dargestellt ist. Diese Risse können in unterschiedlichen Materialien auftreten, sowohl in geschmiedeten Platten als auch in gewalzten Platten.

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Im Allgemeinen wird die Wärmebehandlung derart durchgeführt, daß das Grundmaterial vor dem Schweißen abgeschreckt und getempert worden ist und daß nach dem Schweißen ein Anlaßvorgang erfolgt, und zwar bei einer Temperatur von zumindest 6OQ°C, um so die Spannungen zu vermindern. Es zeigte sich jedoch, daß keine Beziehung zwischen der Bildung der Risse, und der Walzrichtung der Grundplatte oder deren Dicke besteht.

Zusätzlich zeigt Figur 1 zwei Wärmebereiche 5 und 6 im Grundmaterial, wobei diese Bereiche unterhalb jedes Deckstreifens während des Aufplattierens der Deckstreifen auftreten. Die ausgezogenen Linien bilden Isotherme, welche die Grenzen dieser Bereiche anzeigen, wobei diese Bereiche nach Ätzung der Oberfläche eines Schnittes durch das Grundmaterial sichtbar gemacht werden können. Während des AufSchweißens der Deckstreifen erreicht der Bereich 5 eine Temperatur, bei welcher er vollständig austenitisch wird und bei der eine grobkörnige Struktur auftritt, während der Bereich 6 teilweise austenitisch wird und eine feinkörnige Struktur zeigt.

Der Bereich 7» in welchem die Zwischenkornrisse auftreten, verläuft in horizontaler Richtung unterhalb des Strei-

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fens 2 von der Linie A , aus über eine Länge von etwa 10mm, wobei die erwähnte Linie A₁ sich teilweise bis unter den Streifen 1 erstreckt. In vertikaler Richtung beträgt die Entfernung, entlang welcher sich die Risse erstrecken, maximal e*twa 2,5mm von der Oberfläche des Grundmaterials. Dies gilt für eine Beschichtungsdicke der Streifen 1 und 2 von etwa 5mm und einer Schweißgeschwindigkeit von etwa 10cm pro Minute.

Nach weiteren Untersuchungen ist es gelungen, zu zeigen, daß die Risse während des oben erwähnten Anlaßvorganges einer Minimaltemperatur von 600°C entstehen, und daß darüber hinaus das Vorhandensein einer grobkörnigen Struktur das Auftreten mechanischer und thermischer Spannungen sowie eine Mindest-Anlaßzeit erforderlich sind. Alle diese Bedingungen treten nun in der Tat in dem Bereich 7 auf. Es zeigte sich, daß die Risse in dem sonstigen Teil des Bereichs 5 und im Bereich 6 nicht auftreten.

Da das Grundmaterial im Bereich der Verkleidungsstreifen stets teilweise schmilzt, kann eine grobkörnige Struktur nicht vermieden werden. Das Auftreten mechanischer und thermischer Spannungen könnte jedoch mit Hilfe besonderer Wärmebehandlungsvorgänge vermieden werden. Bei Versuchen hat sich gezeigt, daß

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dafür Sorge getroffen werden soll, daß das Temperatürintervall, in welchem die Bildung von Rissen erfolgen kann, schnell durchlaufen wird. Letzteres ist jedoch in der Praxis.bei Of eaerhitzung nicht erreichbar, da das Grundmaterial im Allgemeinen eine beträchtliche Dicke aufweist und somit beträchtliche Wärme zugeführt werden muß, mit der Folge,· daß die Aufheizzeit sehr lang wird und die Temperatur nur sehr langsam ansteigt. Auch die Verwendung von besonders gewählten Schweißströmen, besonders gewählten Schweißbogenspannungen und die Veränderung der Schweißfolge während des Aufschweißens der Deckstreifen erbrachte bei den durchgeführten Versuchen keine brauchbare Lösung für die obigen Probleme.

Mit der vorliegenden Erfindung wird nun ein Verfahren geschaffen, bei welchem die Bildung zwischen^cristalliner Risse vermieden ist. Das Erfindungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zuerst mit vergleichsweise hoher Schweißgeschwindigkeit und vergleichsweise geringer Wärmezuführung eine dünne Schicht aufgeschweißt und daraufhin eine zweite Schicht auf diese erste Schicht mit derartiger Wärmezufuhr und Schweißgeschwindigkeit aufgeschweißt wird, daß in dem Bereich grobkörniger Struktur, die sich im Grundmaterial während des Aufplattierens der ersten Schicht gebildet hat,

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während des Aufplattierens der zweiten Schicht derartige Temperaturbedingungen ergeben, daß das fragliche Material vollständig rekristallisiert und in einen feinkörnigen Zustand übergeht, und daß der Temperaturbereich, in welchem während des Aufplattierens der zweiten Schicht eine grobkörnige Struktur entsteht, ausschließlich in der zuerst aufplattierten Schicht auftrittt.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch einen entsprechenden Bereich, und zwar im Zustand während des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei dieser Schnitt senkrecht zur Schweißrichtung und zur Oberfläche vorgenommen worden ist, wie auch in Figur 1. Die Bezugszeichen 1 bis 6 einschließlich bezeichnen entsprechende Teile und Gebiete wie in Figur 1.

Zwei weitere, dickere Deckstreifen 8 und 9 mit Überlappungsbereich IO sind nun auf die ersten, dünnen Streifen 1 und 2 aufgeschweißt. Die Lage dieser Überlappung ist ohne Bedeutung solange die Α~,-Isotherme 11, welche zur zweiten Verkleidungsschicht gehört unter derjenigen Isotherme liegt, welche die Grenze zwischen den Bereichen 5 und 6 angibt, die sich aus dem Aufschweißen der ersten Schicht ergeben haben. In diesem Fall ist dann der grobkörnige Bereich

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5 durch die beim Aufschweißen der zweiten Schicht zugeführte Wärme vollständig rekristallisiert worden, und es treten keine z^Lschenkristallinen Risse mehr auf, selbst nicht während der zu Spannungen führenden Vorgänge. Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß das Aufplattieren einer zweiten Schicht zu idealen Bedingungen für eine Rekristallisierung der grobkörnigen Zone unter der ersten Schicht führen kann, weil dabei im Gegensatz zum Vorgang während des üblichen Wiederanlassens das Temperaturintervall, innerhalb dem sich Risse bilden können, mit einer Geschwindigkeit durchlaufen wird, die genügend hoch ist.

Mit dem Erfindungsverfahren sind viele praktische Versuche durchgeführt worden, die zu sehr vorteilhaften Ergebnissen geführt haben. Dabei betrug die Breite sowohl des zuerst aufplattierten Streifens als auch der Streifen für die zweite Plattierung etwa 60mm. Die Dicke der ersten Schioht ; kann zwischen etwa 2mm und etwa 3i5wim liegen, während die Dikke der zweiten Schicht etwa 4,5-5mm betrug. Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Schicht wurde ein Tauchbogen-Schweißverfahren angewendet, und zwar mit einer Schweißgeschwindigkeit von 16cm pro Minute bei der ersten Schicht und 11cm pro

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Minute bei der zweiten Schicht.

Während des Aufbringens der ersten Schicht bildet sich eine flache, grobkörnige Schicht, die dann während des Aufbringens der zweiten Schicht stets vollständig rekristallisiert wurde.

Es kann allgemein gesagt werden, daß bei Verwendung von Streifen einer Breite von 60mm und einer Dicke von 0,5mm gute Ergebnisse dann erzie^lt werden, wenn der Schweißstrom für die erste Schicht zwischen etwa 600 und 65O Ampdre (etwa 20 Ampdre / mm ),die Bogenspannung zwischen etwa 29 und J>1 Volt und die Schweißgeschwindigkeit zwischen 14 und 20cm pro Minute liegt, und zwar mit oder ohne Vorheizung des Grundmaterials. Die zweite Schicht kann mit einem Schwfeißstrom von etwa 600 Amplre(etwa 20 Ampdre /mm ), einer Bogenspannung von etwa 3I Volt und einer Schweißgeschwindigkeit zwischen 10 und 20cm pro Minute aufgebracht werden, und zwar ohne Vorheizung des Grundmaterials.

Selbstverständlich 1st die Erfindung nicht auf die obigen Zahlenwerte beschränkt. Auch mit anderen Werten können derartige Bedingungen geschaffen werden , daß nach dem Auf-

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schweißen eine feinkörnige Struktur im Grundmaterial gewährleistet ist, so daß die Gefahr von z-wischenkristallineni^rüngen vermieden wird. Es müssen jedoch die erfindungswesentlichen Merkmale eingehalten werden.

Die Erfindung ist auch nicht auf das Aufplattieren von Streifen aus rostfreiem Stahl oder anderem Material beschränkt. So können beispielsweise auch Drähte aufgeschweißt werden; allgemein gesprochen ist die Erfindung anwendbar auf Werkstücke, bei denen die Bedingungen auftreten, die vorab "erläutert worden sind, also Bedingungen bei denen ein grobkörniger Bereich mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt wird.

Bei der Herstellung von Hochdruckkesseln ist die Erfindung auch auf die Verbindungen zwischen den Ringen anwendbar, aus welchen im allgemeinen die Druckkessel durch Zusammenschweißen dieser Ringe aufgebaut werden. Auch bei der Herstellung von Düsen für Druckkessel ist die Erfindung anwendbar.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Aufschweißen einer Verkleidung auf ein Grundmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine erste Schicht bei vergleichsweise niedriger Schweißgeschwindigkeit und vergleichsweise niedriger Wärmezufuhr und daraufhin eine zweite Schicht auf diese erste Schicht aufgebracht wird, wobei beim Aufbringen der zweiten Schicht die Wärmezufuhr und die Schweißgeschwiridigkeit derart gewählt werden, daß in dem in dem Grundmaterial während des Aufbringens der ersten Schicht entstehenden Bereich grobkörniger Struktur während des Aufbringens der zweiten Schicht Temperaturbedingungen auftreten, welche eine vollständige Rekristallisierung des Materials und damit eine feinkörnige Struktur hervorrufen, und daß der Temperaturbereich, in welchem während des Aufbringens der zweiten Schicht eine grobkörnige Struktur auftraten kann, sich vollständig in der zuerst aufgebrachten Schicht befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Aufplattieren von Streifen aus rostfreiem Stahl auf ein Grundmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die zuerst aufgebrachte Schicht eine Dicke zwischen 2 und 3,5mm aufweist und mit einer Schweißgeschwin-

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digkeit zwischen 14 und 20cm pro Minute bei einer Schweiß-

stromdichte von etwa 20 Ampdre / mm und einer Bogenspannung zwischen 29 und j51 Volt aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht eine Dicke von etwa 4,5 bis 5mm hat und daß diese Schicht mit einer Schweißgeschwindigkeit zwischen etwa 10 und 20cm pro Minute bei einer Schweißstrom-

dichte von etwa 20 AmpeTe / mm und einer Bogenspannung von etwa 31 Volt aufgebracht wird.

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